无刷电机控制器的发展方向标准化问题

宁波北斗科技有限公司操纵器总工程师——薛德贤电动助动车无刷电机操纵器是电动车无刷电机系统中相对复杂和相对轻易出故障且又是一个十分重要的部分。无刷电机系统由无刷电机、操纵器、相应的车身车架三大部分组成，忽视了其中的任一部分，都会影响系统的性能发挥。电动助动车无刷电机操纵器的进展方向，主要归结为标准化、结构化模块化、高安全高可靠、简洁化与低成本、智能化与多功能等五个方面，在不同的应用中体现出不同的侧重。在从事电动助动车行业无刷电机及操纵器推广工作的过程中，我们接触到了这样一个有趣的现象：很多大力提倡电动车无刷电机系统的专家学者，很多长期从事电动自行车生产的企业主管，他们中的大部分没有明确的无刷电机系统的相对一致的标准，这对电动自行车无刷电机系统的进展和推广相当不利。究其缘由，可能有以下几个方面：自身需求不明确或不急迫；产品不成熟、故障概率较高，系统相对脆弱；系统安装相对复杂，联接件没有明确规范；系统功能没有层次概念，必须功能和辅助功能混为一谈；购置过程复杂，无法象家电一样随意购买或换掉，不同的车型，不同厂家的产品不能相互兼容；价格偏贵。出现这一现象，显示了巨大市场前景面前行业基础工作的不成熟：标准化工作滞后，行业割踞严重。另外，无刷电机系统产品链中的社会化服务滞后，也是造成目前状况的一个重要缘由。标准化——行业进展的必由之路目前，中国境内的无刷电机系统产品很多，据估量有数百个品种，小至三、五个人的小公司，大至几千人的国企，都有人涉足无刷电机系统产品的研发、生产。于是，中国就产生了几百个互不兼容的标准，至今还没有一个能够占据国内市场20%的无刷电机系统系统产品。随着市场竞争的加剧，大部分中小企业会被迫退出这个市场，但他们已推销在各地的的产品将变成“孤儿”，受害者当然是用户。这将是一种十分可怕的情景。由此可见，推进标准化进程是电动自行车行业的必由之路，也是当务之急。（1）模式分析及性能定位　　我们所碰到的难题是，服务对象多是一些有自主权的个体，无法实现统一的模式（城市、乡村、山区等），因此，如何在个******中提炼出共性模式将是一大难点。不分析人们的生活模式，就制造不出有价值的有用的无刷电机系统。根据对有刷大量电机和山区、乡村，城市等道路和客户生活模式，期望要求，购买能力和性价比分析，参照有关国际国内标准,在大量实验数据的支持下，我们建立了相对完善的抽象系统模型，在此基础上，对电机的启动力和启动转矩、限流值与启动力、启动转矩与启动力、平均电流与峰值电流等核心指标进行了认真的研究分析，作为我厂产品的理论依据。电机的启动力和启动转矩启动力是指在零速启动时能够加载的最大阻力，当超过这一阻力时，电机便不能启动，相应的电机所产生的转矩为启动转矩。本厂出品的电机与操纵器的匹配启动力应不小于100N(牛顿),即F0(pldc36)>=100N本厂生产的电机支持时速定标为20km/h、23km/h、26km/h、28km/h四种，支持的轮径定标为16、18、20、22(英寸)四种。限流值与启动力电机与操纵器匹配后，启动力与轮径无关，即不管多种轮径，应确保相同的启动力。启动功率与车速成正比，与轮径的大小无关。Po0=F0(pldc36)×VPi0=I0×EPo0=Pi0×ηF0(pldc36)×V= I0×E×ηI0=( F0(pldc36)×V)/(E×η)式中：Po0为输出启动功率，F0(pldc36)为启动力，V为车速，Pi0为输入启动功率，I0为启动电流（电机线圈中的电流），E为供电电压，η为系统效率。上式表明，当F0(pldc36) 、E、η一定时，I0与V成正比与电机的效率成反比。即在同样的电流下，电机效率越高，其输出功率越大，其启动力也越大。令Kiv0= F0(pldc36) /(E×η), 则 I0= Kiv0×V根据电机的曲线，可得23km/h的电机，其作功动力为60N时，所需的I0=12A当达到启动力为100N时，其所需电流为I0M=12×100/60=20AKiv0=I0M/V=20/23=0.86(AH/km)----(安时/公里)因此启动电流（限流）I0为 I0=0.86×V…………………….式1.1启动转矩与启动力由于不同的车速具有相同的启动力，即启动力与车速无关，因此，启动转矩与车速也无关。启动力与轮径成正比，即M0=F0(pldc36)×r……………………….式1.2M0= 0.0127×F0(pldc36)×D式中：M0为启动转矩(Nm0)，F0(pldc36)为启动力(N)，r为车轮半径(米),D为车轮直径(英寸)当F0(pldc36)=100N时 M0= 1.27×D平均电流与峰值电流驱动的平均电流与峰值电流之比kI定义为驱动电流的矩形糸数，当电机处在非限流状态时，这一数值越接近于1，说明电机负载的电流特定越理想，电机的转矩波动越小，对驱动功率管的要求最低。一般情况下很难做到1，大部分在0.6≈0.9之间。当电机处于限流态运行时，非凡是堵转时，驱动功率管处于高频断通状态。此时，驱动的平均电流与峰值电流之比kI等于驱动电压的占空比。即： Iid=KI×I0M堵转时电机的输入功率Pid为 Pid=E×Iid=E×KI×I0M电机的消耗功率P0d约为 P0d=I0M×I0M×Rd式中，KI为驱动的平均电流与峰值电流之比；I0M为峰值电流，堵转时等于限流值；Iid为堵转时输入的平均电流；Rd为堵转时的电机等效电阻。根据能量守恒定律，有输入功率应等于电机的消耗功率，即Pid=P0dE×KI×I0M=I0M×I0M×RdE×KI = I0M×RdKI= I0M×Rd/E当电源电压一定时，在相同启动力（I0M相同），堵转时的电机等效电阻Rd越小，KI也越小，堵转输入的平均电流越小，消耗的电源功率越小，也越省电；在相同的堵转输入的平均电流下，即KI相同，堵转时的电机等效电阻Rd越小，同意的I0M越大，电机的启动力也越大。为此，堵转时的电机等效电阻Rd是衡量电机启动性能的十分重要指标。（2） 产品的统一功能平台和接口　　多种产品充斥在市场上，假如没有通一的功能平台和标准的接口是很难想象的。在统一的功能平台和接口的条件下，去进展个性化产品，正是我们追求的目标。标准化的工作有两个方面：其一，我们将无刷电机系统看作是一种产品，但与一般单体电器的标准概念不同；第二，我们追求的是它们的外部特征，而不是全部制造标准。这样，我们将在敬重原不同行业标准成为事实的基础上进展无刷电机系统标准。根据我公司对国内市场的调查研究，在建立的相对完善的抽象系统模型的此基础上，按照必须功能和辅助功能分层次产品实现的原则，我们确定了无刷电机操纵器的基本功能定位。　　主要功能 ● 软启动功能：电机从零速经3秒钟左右达到额定转速 ● 启动/停止功能 ● 转速调节功能 ● 恒转矩功能 ● 轻过载软守护功能： 驱动器在电机额定负载、转速下运行，当电机出现1.5-2倍额定负载的轻过载时，驱动器，进入软守护运行状态，此时驱动器根据驱动电流的大小，自动调节操纵电压，以达到最佳转矩和驱动电流的匹配，防止驱动器过载损坏。 ● 重过载守护和守护状态自复位功能： 驱动器在电机额定负载 、转速下运行，当电机驱动电流大于极限值的重过载时，驱动器直接进入守护状态，并间歇性检测电机驱动电流，当电机驱动电流回到正常工作值后，自动进入正常运行状态。 ● 测速驱动功能精确的测速能够给用户提供车速指示，测速驱动器能够驱动大于500欧姆的多种速度表。 ● 26km/小时、20km/小时限速功能 ● 过电压、欠电压守护功能 ● 过热守护功能 使用环境 ● 使用温度： -25℃-60℃ ● 使用湿度： 40%-80% ● 保存温度： -20℃-+65℃ ● 使用场合： 尽量幸免粉尘,油雾及腐蚀性气体 ● 冷却方式： 自然冷却助动车操纵器接口 操纵器与车辆结束语电动车无刷电机系统标准化问题是一个十分重要和十分艰巨的工作，我们所做的工作也刚刚开始，许多的问题也都在研究中。我们希望行业的领导们及治理部门、；希望包括无刷电机、操纵器、车身车架及仪表盘等研产生产的同仁们、希望市场开拓、维修维护服务的同仁们，共同携起手来，建立和不断完善我们的产品标准，推动无刷电机系统的进展和应用推广，开创我们事业的新的辉煌。

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